Az elhízási gének új osztálya kódolja a leukocita adhéziós receptorokat

Absztrakt

Az elhízás összetett betegség, és több gén járul hozzá a tulajdonsághoz. Öt olyan gén (ob, db, tub, A y és zsír) leírása, amelyek felelősek az egerek spontán monogén elhízásának különféle szindrómáért, továbbfejlesztették ismereteinket az elhízás genetikájáról. A betegség kifejeződésében szerepet játszó számos más gént azonban még meg kell határozni. Itt közöljük a zsírszövet tömegének szabályozásában részt vevő további gének osztályának azonosítását. Ezek a gének a leukocita adhéziót közvetítő receptorokat kódolják. Az intercelluláris adhéziós molekula-1 hiányában szenvedő egerek idősebb korukban spontán elhízottak normál egérszájban vagy fiatalon, ha zsírban gazdag étrendet kaptak. Az egerek, amelyekből hiányzik az 1-es sejtközi adhéziós molekula, a leukocita-integrin αMβ2 (Mac-1) kontrreceptorja, hasonló elhízási fenotípust mutattak. Mivel minden egér megközelítőleg azonos mennyiségű ételt fogyasztott, mint a kontrollok, a leukocita funkció a lipid anyagcserét és/vagy az energiafelhasználást szabályozza. Eredményeink azt mutatják, hogy (i) a leukociták szerepet játszanak a testfelesleg felesleges lerakódásának megakadályozásában, és (ii) a leukocita adhéziós receptorok hibái elhízást eredményezhetnek.

Az intercelluláris adhéziós molekula-1 (ICAM-1) egy jól jellemzett receptor, amely öt immunglobulin (Ig) -szerű extracelluláris doménnel, transzmembrán doménnel és rövid citoplazmatikus farokkal rendelkezik (1). Az ICAM-1 a leukocitákon, az endotheliumon, az epitheliumon, a hepatocytákon, a myocytákon és a fibroblasztokon expresszálódik, és a citokinek mindezen sejttípusokban felfelé szabályozhatók (2–5). Az ICAM-1 elsődleges sejtreceptorai a p2 leukocita integrinek, például az LFA-1 (aLβ2, CD11a/CD18) és a Mac-1 (aMβ2, CD11b/CD18). Az LFA-1 minden típusú leukocitán expresszálódik, és az ICAM-1 1. extracelluláris doménjéhez kötődik (1). Ezzel szemben a Mac-1 expressziója monocitákra/makrofágokra, granulocitákra, természetes gyilkos sejtekre és a T-sejtek szubpopulációjára korlátozódik, és az ICAM-1 3. doménjéhez kötődik (1). Felismerték, hogy az LFA-1-vel és/vagy Mac-1-kel való megkötés és kölcsönhatás révén az ICAM-1 a sejt-sejt adhéziós molekulaként működik a gyulladásos és immunrendszerben (2, 6, 7).

Ahogy az várható volt, az ICAM-1-hiányos egerekben (ICAM-1 -/-) gyulladásos és immunhiányosak is vannak (8, 9). Ezek közé tartozik a kémiailag indukált peritonitisben a neutrofilek csökkenő elvándorlása, az érintkezési túlérzékenység csökkenése, a lépsejtek csökkent képessége stimuláltként hatni a vegyes limfocita válaszokban és a szeptikus sokkkal szembeni ellenálló képesség. Hasonlóképpen, a Mac-1-hiányos (Mac-1 -/-) egerek számos neutrofil funkcióban mutatnak hibákat, beleértve az endothelhez való tapadást, a fagocitózist és a neutrofil apoptózist (10). Az ICAM-1 -/- egerekkel, majd a Mac-1 -/- egerekkel való kísérletezés során azonban nemrégiben észrevettük ezen egerek váratlan új fenotípusát, vagyis az elhízást. Adataink a leukocita adhéziós receptorok új funkcióját azonosítják, nevezetesen a testtömeg és a zsírszövet tömegének szabályozását.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Állatok.

A vizsgálatunkban használt ICAM-1-hiányos (ICAM-1 -/-) egereket az ICAM-1 gén 4 exonjának célzott lebontásával nyertük (9). Ezek az egerek eredetileg vegyes háttéren voltak (9), és négyszer kereszteztek C57BL/6J-vel. A szignálpeptidet kódoló exon célzott deléciójával generált Mac-1-hiányos (Mac-1 -/-) egerek C57BL/6J × 129sv vegyes háttéren voltak (10). Az egereket 12 órás sötét/12 órás fénycikluson tartottuk fenn. A víz és az étel ad libitum volt elérhető. A kísérleti egerek gondozása összhangban volt a Harvard Medical School Vérkutató Központjának irányelveivel.

Egér étel.

Az egér chow (Prolab 3000; PMI Feeds, St. Louis) 5,0% (tömeg/tömeg) zsírt, 55% (tömeg/tömeg) szénhidrátot és 22% (tömeg/tömeg) fehérjét tartalmazott. A nyugati típusú étrend (Harlan Teklad Adjusted Calories Western Type Diet No. 88137, Madison, WI) 21% (tömeg/tömeg) zsírt (a kalóriák 42% -a), 49,2% (tömeg/tömeg) szénhidrátot és 19,8% -ot tartalmazott (tömeg/tömeg) fehérje.

Testtömeg és ételmérések.

Az egereket ketrecenként kettőtől négyig helyezték el. A testtömeget ugyanaz az egyén 2 hetente mérte skála segítségével (Mettler – Toledo). Az élelmiszer-fogyasztás mérésére 2 hétig elegendő mennyiségű ételt lemértek és ad libitum juttattak az egerekhez. 1 vagy 2 hét elteltével a maradék ételt lemérjük, és a különbséget elosztjuk a ketrecenként egerek számával. Az eredményt egérben grammban fejeztük ki 1 vagy 2 héten keresztül élelmiszer-fogyasztás céljából. Az összehasonlításhoz ketrecenkénti átlagértékeket használtunk.

Kvantitatív fenotípus mérések.

Az egereket egy éjszakán át böjtöltük, mielőtt a laboratóriumba szállítottuk volna, és a retorbitális vénás plexuson keresztül vért vettünk volna. A teljes plazma glükózkoncentrációit az enzimatikus vizsgálattal határoztuk meg a gyártó utasításai szerint (Sigma). Az inzulint radioimmunassay rendszerrel (Linco Research Immunoassay, St. Charles, MO) mértük. A testtömeg-indexet a testtömeg (g) és a végbél-orr hosszának négyzetével (cm) osztva számoltuk. A szubkután, inguinalis, két intraabdominális (retroperitoneális és omentális) fehér zsírpárnát, valamint a két lapocka között elhelyezkedő barna zsírpárnát boncoltuk és lemértük. A belső szerveket, beleértve a szívet, a májat, a lépet és a vesét is eltávolítottuk és lemértük.

Statisztikai analízis.

Az adatokat átlag ± SE átlagként adjuk meg. A statisztikai szignifikanciát Student t-tesztjével értékeltük.

EREDMÉNYEK

ICAM-1 -/- Az egerek spontán elhíznak anélkül, hogy az élelmiszer-bevitel nyilvánvalóan növekedne.

Vad típusú és ICAM-1 -/- egerek növekedési görbéje normál chow étrenden. Minden csoport 13–14 hím egeret tartalmazott. Az adatokat két, egymástól független, hasonló eredményeket mutató kísérletből egyesítettük. ∗, P A táblázat megtekintése:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

Az ICAM-1 -/- egerek jellemzői a chow étrenden

ICAM-1 -/- A magas zsírtartalmú étrend okozta fokozott hajlam az elhízásra.

A testtömeg és az összetétel szabályozása magában foglalja mind a gének, mind a környezet adatait (11). Ezt bizonyítja például a beltenyésztett egeretörzsek változó hajlam az elhízásra, ha magas zsírtartalmú étrendet kínálnak (11). Mivel az egerek étrendi elhízás iránti érzékenységében szerepet játszó géneket nem sikerült azonosítani (12), arra voltunk kíváncsiak, hogy megvizsgáljuk, vajon az ICAM-1 -/- egerek érzékenyebbek-e az étrend okozta elhízásra, mint a kontroll egerek. Ezen információk megszerzéséhez a 7 hetes ICAM-1 -/- és vad típusú kontrollokat 21% zsírtartalmú Western típusú étrenddel etették. Mind a hím, mind a nőstény mutáns egerek gyorsan nagyobb testtömegre tettek szert, mint a kontrollok (2. ábra A és B). Ezek az eredmények azt sugallják, hogy az ICAM-1 gén hozzájárulhat az egerek étrend által kiváltott elhízás iránti csökkent érzékenységéhez. Annak ellenére, hogy jelentősen nagyobb testtömeg növekedett, mind a hím, mind a nőstény ICAM-1 -/- egerek ugyanolyan mennyiségű nyugati típusú ételt fogyasztottak, mint a kontrollok a kísérlet időtartama alatt (2. ábra E és F).

Az ICAM-1 -/- (jobb oldali) és a vad típusú (bal) nőstény egerek fényképe, miután heteken át 20 hétig etették a nyugati típusú étrendet.

Az ICAM-1 -/- egerek jellemzői nyugati típusú étrenden

A Mac-1 -/- egerek növekedési görbéje nyugati típusú étrenden. Minden csoportban nyolc-9 hím egeret etettek a Western típusú étrenddel 9 hetes kortól kezdve; 2-től 18 hétig, P A táblázat megtekintése:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

A Mac-1 -/- egerek jellemzői nyugati típusú étrenden

VITA

Jelenleg öt ismert egérmutáció okoz elhízást: ob, db, A y, zsír és kád (14). Bár az ebből eredő elhízás súlyossága és megjelenési ideje változó, a mutációk általános fenotípust okoznak - vagyis az élelmiszer-fogyasztás jelentős növekedését (15–18). Például a korán jelentkező elhízást mutató ob egerek 62% -kal több ételt fogyasztanak, mint a normál egerek (15), és az agouti sárga egerek, amelyek érettségi állapotú elhízással rendelkeznek, 36% -kal több ételt fogyasztanak, mint a kontrollok (16). Ebben a tanulmányban kimutattuk, hogy az ICAM-1-hiányos egereknél kifejlett érettségi elhízás alakul ki anélkül, hogy ezen állatok táplálékfelvétele nyilvánvalóan növekedne. Figyelembe véve ezt a különbséget az ICAM-1 -/- és az öt ismert elhízott mutáció között, arra számítunk, hogy az ICAM-1 -/- egerek egy állati modellvé válnak az adipozitást szabályozó új molekuláris mechanizmus tanulmányozásához az étvágy jelentős módosítása nélkül.

Az ICAM-1 -/- egereket általában használják ennek a receptornak a különböző gyulladásos modellekben betöltött szerepének vizsgálatára (19, 20). Ezeknek az egereknek az elhízási fenotípusát két lehetséges ok miatt valószínűleg nem vették észre korábban. Először is, a spontán súlygyarapodás csak körülbelül 4 hónapos korban kezdődik, és a fiatalabb állatokat részesítik előnyben a gyulladás tanulmányozásában (19, 20). Másodszor, a legtöbb kutató az 5. exonban mutált egerekkel dolgozott (8), míg az egereket a 4. exon célzott megszakadásával elemeztük (9). A 4. exon az ICAM-1 Ig 3 doménjét kódolja, amely kritikus fontosságú a Mac-1-hez való kötődéshez (1). Kimutatták, hogy az 5-ös exon mutáns egerek még mindig expresszálják az ICAM-1 néhány izoformáját az RNS splicingje miatt egy domináns, funkcionális 4–6 exon spliccelt fajjal (21). Ennek a 4–6. Exonra illesztett izoformnak az előállítása nem lehetséges a 4. exon mutáns egereiben. Figyelembe véve ezt a különbséget, lehetséges, hogy a 4-es exonnal megcélzott egerekben megfigyelt elhízott fenotípus hiányozhat az 5-ös exonban mutált egerekben.

Vizsgálatunk az ICAM-1 és a Mac-1 leukocitaadhéziós receptorok egyelőre ismeretlen szerepét azonosítja a normális testtömeg és zsírtartalom fenntartásában. Ez a funkció nem korlátozódhat erre a két molekulára, és további receptorokat foglalhat magában, amelyek a leukocita adhéziót közvetítik. Fontos lesz megvizsgálni, hogy az egerekhez hasonlóan ezeknek a leukocita adhéziós receptoroknak az alacsony expressziója összefügg-e az emberek elhízásával.

Köszönetnyilvánítás

Hálásak vagyunk Dr. Bruce M. Spiegelman laboratóriumának tagjainak, akik megtanították nekünk a zsírraktárak elkülönítését, Susan Chapmannak a kiváló technikai segítségért, és Lesley Cowan-nak a kézirat elkészítésében nyújtott segítségért. A munkát az Országos Egészségügyi Intézet támogatta az R01HL41002 támogatással D.D.W.

Lábjegyzetek

↵ § Kinek kell újranyomtatási kérelmeket intézni: Vérkutató Központ, Harvard Medical School, 800 Huntington Avenue, Boston, MA 02115. e-mail: wagnercbr.med.harvard.edu .

Richard O. Hynes, Massachusettsi Műszaki Intézet, Cambridge, MA